Пигменты и цвета
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Богатое разнообразие красок, присущее цветам, всегда привлекало к себе внимание химиков и ботаников. Сколько пигментов участвует в создании неисчислимого разнообразия красочных оттенков цветов? Как синтезируются пигменты в растениях? Цветочные пигменты делятся на две группы: растворимые в воде флавоноиды (их можно найти в вакуолях клеток) — носители красного, синего и желтого цветов, и растворимые в жирах каротиноиды (они располагаются в пластидах клеток) — носители красного, оранжевого и желтого цветов. В этой статье будут рассматриваться только флавоноиды.
Молекулы этих пигментов состоят из двух бензольных колец. Кольца соединены между собой цепью. Это строение записывается следующим образом: С3—С6—С3. Разнообразие групп флавоноидных пигментов связано с различным уровнем окисления цепи, состоящей из 3 атомов углерода. Два наиболее распространенных флапоноида: антоцианы (от греческого «синие цветы»), которые дают оттенки синего, пурпурного или красного цветов, и флавонолы (от латинского «желтый»), которым свойствен желтый цвет и цвет слоновой кости. У антоцианов меньше химических вариаций, нежели у флавонолов.
В цветочных лепестках молекулы пигментов, как правило, связаны с одной-двумя сахарными группами, которые делают молекулу более растворимой в воде. Пигмент, к которому присоединен сахар, называют антоцианом, пигмент без сахара называют антоцианидином.
Всего из тканей лепестков удалось выделить шесть широко распространенных и семь редко встречающихся антоцианидинов. Они отличаются по числу и расположению химических групп, присоединенных к бензольному кольцу молекулы. Это кольцо может нести на себе одну, две или три гидрофильных группы (ОН). Иногда атом водорода в гидроксильной группе бывает замещен метильной группой (СН3).
Увеличение количества гидроксильных групп, присоединенных к кольцу, повышает интенсивность синего цвета пигмента, а увеличение количества метильных групп делает пигмент более красным.
Богатое разнообразие красок в цветах зависит не только от различных пигментов, но и от клеточной среды, окружающей их молекулы. Антоцианы, например, изменяют свой цвет, присоединяя или отдавая ионы водорода. В подкисленной среде, содержащей избыток ионов водорода, пигмент краснеет. Если концентрация ионов водорода падает, пигмент синеет, затем обесцвечивается и, наконец, разлагается. Цвет может также изменяться вследствие того, что антоцианы образуют комплексы с другими пигментами. В результате небольшое число пигментов в разнообразных условиях окружающей среды способно дать широкий спектр окраски цветов.
Поскольку окраска цветов определяется не только пигментами, но и в какой-то мере окружающей их клеточной тканью, одну и ту же окраску цветам могут сообщать разные пигменты.
Было бы легкомысленно предполагать, что многообразие цветочных пигментов создано природой только для того, чтобы радовать наш глаз.
Основная функция цветочных пигментов — привлечение опыляющих насекомых. Ярко- красные и оранжево-красные цветы, особенно преобладающие в тропиках, привлекают к себе птиц. Пчела отдает предпочтение желтым и синим цветкам. Дневные бабочки опыляют ярко окрашенные цветы, тогда как ночные бабочки предпочитают цветы белые и бледно окрашенные, которые более заметны в сумерках. Цветы привлекают опылителей не только своей окраской. В большинстве случаев на лепестках цветков есть полоски, точки, черточки, которые служат ориентирами «посетителю» в поисках нектара.
По-видимому, цветочные пигменты выполняют и какие-то другие жизненно важные функции в растениях. На эту мысль наводит высокая биологическая активность некоторых пигментов. Например, кварцетин, обнаруженный в желтых розах и цветах хлопка, в виде глюкозида широко применяется как лекарство, предотвращающее хрупкость капиллярных кровеносных сосудов.
В заключение надо заметить, что красящие пигменты встречаются не только в цветках растений; нередко ими богаты и корневища. Например, антоциан содержится в гималайском редисе и в индийском сорте моркови. Присутствие красителя придает моркови необычайно привлекательный вид, поэтому на севере Индии ее обычно используют для приготовления сладостей.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.